Scienza
Qualcosa di impossibile sta accadendo nello spazio profondo: segnali di collisione tra buchi neri captati dagli scienziati
Alcuni scienziati hanno scoperto un qualcosa in più sui misteriosi buchi neri spaziali che amplia ulteriormente i confini sia della fisica che della credibilità: una collisione titanica di due buchi neri già enormi, così estrema da far domandare agli scienziati se l’evento rilevato sia possibile.
Come descritto in un nuovo articolo di un consorzio di fisici, ancora in fase di revisione paritaria, il buco nero risultante, il cui segnale è stato designato GW231123, vanta una massa sorprendente, circa 225 volte quella del nostro Sole, il che lo rende la più grande fusione di buchi neri mai rilevata. In precedenza, il record apparteneva a una fusione che aveva formato un buco nero di circa 140 masse solari.
«I modelli standard di evoluzione stellare proibiscono buchi neri di queste dimensioni», ha dichiarato Mark Hannam del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), che ha effettuato la rilevazione. «Questo è il sistema binario di buchi neri più massiccio che abbiamo osservato tramite onde gravitazionali e rappresenta una vera sfida per la nostra comprensione della formazione dei buchi neri».
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Questi fenomeni cosmici possono produrre enormi increspature nello spaziotempo, chiamate onde gravitazionali, già previste da Einstein nel 1916. Quasi cento anni dopo, LIGO, composto da due osservatori situati agli angoli opposti degli Stati Uniti, ha rilevato per la prima volta queste vibrazioni cosmiche.
La fusione è stata individuata nel novembre 2023 in un’onda gravitazionale, GW231123, che è durata solo una frazione di secondo. Ciononostante, è stata sufficiente per dedurre le proprietà dei buchi neri originali. Uno aveva una massa pari a circa 137 volte quella del Sole, e l’altro a circa 103 masse solari. Durante il periodo precedente la fusione, i due buchi neri si sono rinchiusi come combattenti in un anello, prima di scontrarsi definitivamente per formarne uno solo.
Questi buchi neri sono fisicamente problematici perché è probabile che uno, se non entrambi, rientri in un «gap di massa superiore» dell’evoluzione stellare. A tali dimensioni, si prevede che le stelle che li hanno formati siano morte in un tipo di esplosione particolarmente violenta chiamata supernova a instabilità di coppia, che provoca la completa distruzione della stella, senza lasciare alcun residuo, nemmeno un buco nero.
Alcuni astronomi sostengono che il «gap di massa» sia in realtà una lacuna nelle nostre osservazioni e non la causa di una fisica curiosa. Ciononostante, l’idea è che «alcune persone siano state disposte a farsi ferire, se non addirittura a morire», ha dichiarato a ScienceNews Cole Miller dell’Università del Maryland, non coinvolto nella ricerca.
Ma forse i buchi neri non sono nati da una singola stella. «Una possibilità è che i due buchi neri in questo sistema binario si siano formati attraverso fusioni precedenti di buchi neri più piccoli», ha affermato lo Hannam nella sua dichiarazione.
Altrettanto estreme delle loro classi di peso sono le loro rotazioni incredibilmente veloci, con il più grande che ruota al 90% della sua velocità massima possibile e l’altro all’80%, entrambe pari a frazioni molto significative della velocità della luce. In termini terrestri, si tratta di circa 400.000 volte la velocità di rotazione del nostro pianeta, stando a quanto dichiarato dalla scienza.
«I buchi neri sembrano ruotare molto rapidamente, quasi al limite consentito dalla teoria della relatività generale di Einstein», ha affermato Charlie Hoy, membro della LIGO Scientific Collaboration presso l’Università di Portsmouth. «Questo rende il segnale difficile da modellare e interpretare. È un eccellente caso di studio per accelerare lo sviluppo dei nostri strumenti teorici».
«Ci vorranno anni prima che la comunità sveli completamente questo intricato schema di segnali e tutte le sue implicazioni», secondo Gregorio Carullo, membro del LIGO presso l’Università di Birmingham. Quindi, è probabile che stiamo solo scalfendo la superficie di questo mistero.
Lo studio di questi fenomeni cosmici non finisce mai di stupire.
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Come riportato da Renovatio 21, qualche mese fa alcuni astronomi hanno individuato un buco nero risalente a 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bango e si sono accorti che sta divorando materia a una velocità impressionante.
In un’altra recente scoperta spaventosa, si è visto un buco nero bulimico che mastica stelle e sputa gli avanzi verso il pianeta Terra.
Vi è poi il caso del team di scienziati della Ohio State University (OSU) afferma di aver trovato il buco nero più vicino alla Terra mai scoperto. L’oscuro corpo celeste sarebbe ad una distanza di «soli» 1.500 anni luce di distanza.
I buchi neri sono fra noi, appena fuori dall’uscio di casa.
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Scienza
Gli scienziati inventano ologrammi che si possono toccare
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Scienza
Scienziati dei superconduttori vicini alla perdita di energia zero
I ricercatori negli Stati Uniti hanno svelato i segreti dei superconduttori ad alta temperatura. I ricercatori dell’Argonne National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno scoperto come minuscole modifiche nella struttura del superidruro consentano la superconduttività a temperature prossime a quella ambiente ma a pressioni estreme, offrendo spunti per la progettazione di superconduttori più pratici.
«Questi esperimenti dimostrano le potenzialità dell’APS potenziato. Ora possiamo studiare le strutture a livello atomico con un livello di dettaglio senza precedenti nei materiali sottoposti a pressioni estreme», ha affermato Maddury Somayazulu, fisico di Argonne.
I ricercatori hanno scoperto che i superconduttori permettono all’elettricità di fluire senza resistenza, il che significa che non si perde energia sotto forma di calore. Questa proprietà li rende utili per tecnologie come gli scanner MRI, gli acceleratori di particelle, i treni a levitazione magnetica e alcuni sistemi di trasmissione di energia.
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I ricercatori hanno inoltre sottolineato che la maggior parte dei superconduttori, tuttavia, funziona solo a temperature estremamente basse, spesso centinaia di gradi sotto zero Fahrenheit. Mantenere i materiali a temperature così basse richiede sistemi di raffreddamento complessi e costosi, il che limita i campi di applicazione dei superconduttori.
Ora, i ricercatori negli Stati Uniti hanno contribuito a fare un passo avanti per superare questa limitazione. Hanno acquisito nuove conoscenze su una classe di materiali chiamati superidruri, che possono diventare superconduttori a temperature molto più elevate, intorno ai 10 gradi Fahrenheit.
Nel nuovo studio, Hemley e i suoi colleghi ricercatori hanno esplorato la possibilità di ridurre la pressione necessaria per ottenere la superconduttività modificando la composizione chimica del materiale. Hanno aggiunto una piccola quantità di ittrio al superidruro di lantanio per renderlo più stabile e diminuire la pressione richiesta.
«Per raggiungere queste pressioni estreme, abbiamo compresso un minuscolo campione tra due diamanti», ha affermato Maddury Somayazulu, fisico dell’APS. Il dispositivo a incudine di diamante del team è in grado di generare pressioni fino a cinque milioni di atmosfere.
Dopo aver formato il materiale superconduttore ad alta pressione e temperatura, il team ha utilizzato raggi X ad alta energia provenienti dall’APS per studiarne la struttura (presso le linee di fascio 16-ID-B e 13-ID-D).
«Abbiamo focalizzato un intenso fascio di raggi X su un campione spesso solo pochi micrometri e largo dai dieci ai venti micrometri», ha affermato Vitali Prakapenka, scienziato della linea di fascio e professore di ricerca presso l’Università di Chicago. Un micrometro corrisponde a circa 1/70 della larghezza di un capello umano.
Il recente aggiornamento dell’APS ha reso possibili queste misurazioni. Il suo fascio di raggi X più luminoso e focalizzato ha permesso ai ricercatori di studiare campioni estremamente piccoli variando la pressione, secondo un comunicato stampa.
«Quel fascio ci ha permesso di separare i segnali provenienti dal minuscolo campione stesso da quelli provenienti dai materiali circostanti e dalle incudini di diamante», ha affermato Prakapenka.
Il team ha scoperto che piccole differenze nella disposizione degli atomi in un reticolo cristallino possono influenzare fortemente la superconduttività. Hanno identificato due diverse strutture cristalline, ognuna delle quali diventa superconduttrice a una temperatura leggermente diversa, come riportato nel comunicato stampa.
«Questi esperimenti dimostrano cosa può fare l’APS aggiornato», ha affermato Somayazulu. «Ora possiamo studiare le strutture a livello atomico con un dettaglio senza precedenti nei materiali sottoposti a pressioni estreme.»
I ricercatori hanno inoltre sottolineato che, sebbene le pressioni utilizzate negli esperimenti siano ancora molto elevate (circa 1,4 milioni di volte la pressione atmosferica), considerano questo un passo avanti a lungo termine. Stanno aggiungendo altri elementi per ridurre ulteriormente la pressione, con l’obiettivo di rendere questi materiali utilizzabili in ambito pratico.
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Superconduttori con capacità di condurre elettricità con resistenza zero, rivoluzionano molti settori. Permettono di creare magneti potentissimi senza dispersioni energetiche, utilizzati negli scanner MRI per diagnostica medica ad alta risoluzione e nei levitatori magnetici per treni superveloci come i Maglev, che fluttuano sopra i binari riducendo attrito e consumi.
Nelle reti elettriche, i cavi superconduttori trasportano enormi quantità di energia su lunghe distanze senza perdite, migliorando l’efficienza delle rinnovabili e riducendo lo spreco globale. Nei computer quantistici, i superconduttori formano qubit (cioè unità fondamentale di informazione nei computer quantistici) stabili a temperature criogeniche, accelerando calcoli impossibili per i sistemi tradizionali.
Superconduttori di questa fattura possono generare campi magnetici intensi per esperimenti di fisica delle particelle e fusione nucleare controllata, aprendo la strada a energia pulita illimitata. In futuro, potrebbero abilitare voli ipersonici o storage di energia magnetica ad altissima densità. La perdita energetica zero trasforma efficienza, velocità e innovazione tecnologica.
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Immagine di Julien Bobroff, Frederic Bouquet, Jeffrey Quilliam, LPS, Orsay, France via Wikimedia pubblicata su licenza Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
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